როგორ ხდება ალუმინის რაფინირება და რა ელემენტებს შეიცავს ის?

ალუმინი (Al) მსუბუქი, ვერცხლისფერი თეთრი ლითონია, რომელიც დედამიწის ქერქში სიმრავლით მესამე ელემენტად ითვლება ჟანგბადისა და სილიციუმის შემდეგ. თუმცა, მაღალი ქიმიური რეაქტიულობის გამო, ის ბუნებრივად არასდროს გვხვდება სუფთა მეტალის სახით. სამაგიეროდ, ის გვხვდება ნაერთებში, ძირითადად ბოქსიტის მადანში, ჰიდრატირებული ალუმინის ოქსიდების ნარევში, მათ შორის გიბსიტში (Al(OH)₃), ბოემიტში (AlO(OH)) და დიასპორებში.

რაფინირების პროცესი ორ ეტაპად

მოგზაურობა ნედლი ბოქსიტიდანმაღალი სისუფთავის ალუმინი მოიცავსორი განსხვავებული სამრეწველო პროცესი.

პირველი ეტაპია ბაიერის პროცესი, რომელიც 1888 წელს შემუშავდა. დაქუცმაცებული ბოქსიტი წნევის ქვეშ ერევა ცხელ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარს, რის შედეგადაც იხსნება ალუმინის შემცველი მინერალები და რჩება მინარევები, როგორიცაა რკინის ოქსიდები და სილიციუმი. შედეგად მიღებული ნატრიუმის ალუმინატის ხსნარი შემდეგ იფილტრება წითელი ტალახის ნარჩენების მოსაშორებლად, ივსება ალუმინის ჰიდროქსიდის კრისტალებით და კალცინირდება დაახლოებით 1100°C ტემპერატურაზე სუფთა თეთრი ალუმინის ოქსიდის, ანუ ალუმინის ოქსიდის (Al₂O₃) მისაღებად. მსოფლიოში ალუმინის ოქსიდის 90%-ზე მეტი ამჟამად ამ მეთოდით იწარმოება.

მეორე ეტაპი ჰოლ-ერულის პროცესია. ალუმინის ოქსიდის დნობის ტემპერატურა 2000°C-ზე მეტია, რაც პირდაპირ ელექტროლიზს არაპრაქტიკულს ხდის. გამოსავალი მდგომარეობს Al₂O₃-ის გამდნარ კრიოლიტში (Na₃AlF₆) გახსნაში, რაც სამუშაო ტემპერატურას დაახლოებით 950~1000°C-მდე ამცირებს. შემდეგ ნარევში ელექტრული დენი გადის. გამდნარი ალუმინი გროვდება ძირში (კათოდში), ხოლო ჟანგბადი ნახშირბადის ანოდებთან ერთად წარმოქმნის CO₂-ს. ეს ელექტროლიტური მეთოდი რჩება პირველადი ალუმინის წარმოების ერთადერთ სამრეწველო პროცესად, რომელიც იძლევა 99.5~99.8%-იანი სისუფთავის ლითონს.

რა ელემენტებს შეიცავს ალუმინი?

სუფთა ალუმინი თავისთავად შედგება მხოლოდ Al ელემენტისგან, რომლის ატომური ნომერია 13 და ატომური წონა დაახლოებით 26.98 გ/მოლ. კომერციული სისუფთავის ალუმინი (98.8–99.7% Al) შეიცავს რკინისა და სილიციუმის მცირე კვალს ბუნებრივი მინარევების სახით. თუმცა, უმეტესობააპლიკაციები დამოკიდებულია ალუმინის შენადნობებზე, სადაც კონკრეტული ელემენტები განზრახ ემატება მექანიკური თვისებების მოსარგებად.

სტრუქტურული გამოყენებისთვის, 6000 სერია (მაგ., 6061) იყენებს მაგნიუმს და სილიციუმს, როგორც ძირითად შენადნობ ელემენტებს, როგორც წესი, 0.8~1.2% Mg და 0.400~0.8% Si. ეს შენადნობი გვთავაზობს საშუალო სიმტკიცის, კარგი შედუღების უნარისა და უმაღლესი დამუშავების უნარის შესანიშნავ ბალანსს.

მაღალი სიმტკიცის მოთხოვნებისთვის, 7000 სერია (მაგ., 7075) მოიცავს თუთიას და სპილენძს, როგორც ძირითად შენადნობ ელემენტებს, დაახლოებით 5.16~0.1% Zn და 1.2~2.0% Cu. 7075-ის T6 ტემპერატურა უზრუნველყოფს 6061-T6-თან შედარებით თითქმის ორჯერ მეტ დაჭიმვის სიმტკიცეს, რაც მას აერონავტიკისა და მაღალი ხარისხის სტრუქტურული კომპონენტებისთვის სასურველ მასალად აქცევს.

კომერციულ შენადნობებში ასევე ხშირად გვხვდება ქრომის, მანგანუმის და ტიტანის კვალი, რომელთაგან თითოეული მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მარცვლების დახვეწასა და კოროზიისადმი მდგრადობაში. თითოეული შენადნობის ზუსტი ელემენტარული შემადგენლობის გაგება აუცილებელია კონკრეტული დამუშავების ან დამზადების მოთხოვნებისთვის სწორი მასალის შესარჩევად.